Kemiska reaktioner med aluminiumluftbatterier. Luft aluminiumbatteri använder saltvatten för laddning. Kombinerade källor till nuvarande

Kemiska källor av ström med stabila och höga specifika egenskaper är en av de viktigaste förutsättningarna för utveckling av kommunikationsmedel.

För närvarande är behovet av elanvändare för kommunikation huvudsakligen täckt på grund av användningen av dyra galvaniska element eller batterier.

Batterier är relativt autonoma kraftkällor, eftersom de behöver en periodisk laddning från nätverket. Laddare som används för detta ändamål har en hög kostnad och kan inte alltid ge ett gynnsamt laddningsläge. Således laddas Sonnenschein-batteriet, med användning av DryFit-teknik och med en vikt av 0,7 kg, och kapaciteten av 5a · h i 10 timmar, och vid laddning är det nödvändigt att observera de regulatoriska strömvärdena, spänningar och laddningstid . Laddningen utförs först på konstant toke, sedan med konstant spänning. För detta gäller dyra laddningsenhet med programkontroll.

Absolut autonoma är elektropläterade element, men de har som regel låg effekt och begränsad behållare. På uttömningen av energin som är inbäddade i dem bortskaffas de, förorenande miljö. Ett alternativ till torra källor är mekaniskt laddningsbara källor av luftmetall, några av vars energikegenskaper visas i tabell 1.

bord 1 - Parametrar för vissa elektrokemiska system

Elektrokemiska system	Teoretiska parametrar		Praktiskt taget implementerade parametrar
		Specifik energi, W · H / kg	Spänning, B.	Specifik energi, W · H / kg
Luft aluminium
Luftmagnetisk
Luftzink
Nickelmetallhydrid
Nickel Cadmieva
Mangan-zink
Mangan-litia

Som framgår av bordet har luftmetallkällor, i jämförelse med andra allmänt använda system, de största teoretiska och praktiskt taget reella energiparametrarna.

Luft- och metallsystem genomfördes signifikant senare, och deras utveckling är fortfarande mindre intensivt intensivt än andra källor till andra elektrokemiska system. Testning av prototyper som skapats av inhemska och utländska företag visade emellertid sin tillräckliga konkurrenskraft.

Det visas att aluminium och zinklegeringar kan fungera i alkaliska och saltelektrolyter. Magnesium - endast i saltelektrolyter, och dess intensiva upplösning går både när man genererar ström och pauser.

I motsats till magnesiumaluminium i saltelektrolyter löses endast vid generering av strömmen. Alkaliska elektrolyter är mest lovande för zinkelektroden.

Luft-aluminiumströmkällor (VIT)

Baserat på aluminiumlegeringar skapas mekaniskt uppladdningsbara strömkällor med en elektrolyt baserad på ett kocksalt. Dessa källor är absolut autonoma och kan användas för strömförsörjning, inte bara kommunikationsmedel, men också för laddningsbatterier, näring av olika hushållsutrustning: radiomottagare, tv, kaffe galler, elektriska borrar, lampor, elektrofrofor, lödjärn, låg- Kraftkylskåp, centrifugalpumpar, etc. Absolut autonomi av källan gör att du kan använda den i fältet, i regioner som inte har centraliserad strömförsörjning, på katastrof och naturkatastrofer.

Avgiften utförs i några minuter, vilket är nödvändigt för att fylla elektrolyt och / eller ersätta aluminiumelektroder. För laddning behövs endast kocksaltet, vatten och tillförsel av aluminiumanoder. Som ett av de aktiva materialen används luftoxygen, vilket återställs vid kol och fluoroplastiska katoder. Katoder är ganska billiga, ger källans funktion under lång tid och har därför en liten effekt på kostnaden för genererad energi.

Kostnaden för el som erhålls i VIT bestäms huvudsakligen, endast kostnaden för periodiskt ersatt av anoder, det inkluderar inte kostnaden för oxidationsmedlet, material och tekniska processerAtt tillhandahålla effektiviteten hos traditionella galvaniska element och därför är det 20 gånger lägre än kostnaden för den energi som erhålls från sådana autonoma källor som alkaliska mangan-zink-element.

Tabell 2 - Parametrar för luft-aluminiumströmkällor

Batterityp	Batteriläge	Antal element		Massa av elektrolyt, kg	Kapacitet i lager av elektrolyt, och · h	Massa av uppsättningen av anoder, kg	Kapacitet i lager av anoder, och · h	Batteri massa, kg
Nedsänksam
Fylld

Varaktigheten av kontinuerlig drift bestäms av värdet av den konsumerade strömmen, volymen av elektrolyten fylls i elektrolytelementet och är 70-100 A · B / L. Den nedre gränsen bestäms av elektrolytens viskositet, vid vilken dess fria dränering är möjlig. Den övre gränsen motsvarar en minskning av elementets egenskaper med 10-15%, men genom dess prestation för att avlägsna elektrolytmassan är det nödvändigt att använda mekaniska anordningarsom kan skada syre (luft) elektroden.

Viskositeten hos elektrolyten ökar när suspensionen av aluminiumhydroxid är mättad. (Aluminiumhydroxid uppträder i naturen i form av lera eller aluminiumoxid, är en utmärkt produkt för produktion av aluminium och kan returneras till produktion).

Byte av elektrolyten utförs på några minuter. Med nya delar av elektrolyt kan välkommen fungera tills anodresursutmattningen, som med en tjocklek av 3 mm är 2,5 A · CH / cm 2 av den geometriska ytan. Om anoderna löstes, ersätts de med nya i några minuter.

Det är mycket litet självutlopp, även vid förvaring med en elektrolyt. Men B. sedanAtt i pausen mellan urladdningen kan lagras utan elektrolyt - hans självdiskord är försumbar. Arbetets resurs är begränsad till plastens livslängd, från vilken den görs utan elektrolyt kan hållas upp till 15 år.

Beroende på konsumentens krav kan den modifieras med det faktum att 1 element har en spänning på 1 V vid en strömtäthet av 20 mA / cm2, och strömmen som avlägsnas från VIT bestäms av elektrodområdet.

Studierna som utfördes i MEI (TU) av de processer som uppstår på elektroderna och i elektrolyten gjorde det möjligt att skapa två typer av luft-aluminiumkällor av ström - fyllning och nedsänkbar (tabell 2).

Vänd vitt.

Poons består av 4-6 element. Elementet av den böjliga kommer att vara (fig 1) är en rektangulär tank (1), i de motsatta väggarna, varav katod är installerad (2). Katoden består av två delar som är elektriskt anslutna till ett elektroddäck (3). Mellan katoderna finns en anod (4), vars position fixeras av styrningarna (5). Utformningen av elementet patenterat av författarna / 1 / tillåter att minska den negativa effekten av aluminiumhydroxid genererad som slutprodukt, på grund av organisationen av intern cirkulation. För detta ändamål delas elementet i planet vinkelrätt mot elektrodernas plan dividerat med skiljeväggar i tre sektioner. Partitioner utför också rollen som styranoden för överföringen (5). I mitten är det elektroder. De gasbubblor som frigörs under drift ökar tillsammans med elektrolytströmmen, suspensionen av hydroxiden, som sänks till botten i de andra två sektionerna av elementet.

Bild 1 - Element diagram

Lufttillförsel till katoder i vit (fig 2) utförs genom luckorna (1) mellan elementen (2). De extrema katoderna är skyddade mot yttre mekaniska effekter med sidopaneler (3). Impassbarheten hos strukturen säkerställs genom att man använder ett snabbt avtagbart lock (4) med en tätningspackning (5) från poröst gummi. Spänning gummipackning Det uppnås genom att trycka på locket till kroppen och fixa det i det här tillståndet med hjälp av fjäderlås (ej visat i figuren). Återställ gas utförs genom specialdesignade porösa hydrofoba ventiler (6). Element (1) i batteriet är anslutna i följd. Plastanoder (9), vars konstruktion är utformad i Mei, har flexibel strömkonversioner med ett element i kontakten i slutet. Anslutningen, vars svarsdel är ansluten till katodblocket, låter dig snabbt koppla bort och fästa en anod när du byter ut den. När de är anslutna alla anoder är elementen anslutna sekventiellt. De extrema elektroderna är anslutna till borrningarna (10), även via kontakter.

1- Luftgap, 2 - Element, 3 - Skyddspanel, 4 - Skydd, 5 - Katoddäck, 6 - Packning, 7-ventil, 8 - Katod, 9 - Anod, 10 - Född

Figur 2. - Bulk Vait.

Nedsänkt vait.

Immersible Waters (fig 3) är en överväldigad vattnad på fel. Katoderna (2) deployeras till det aktiva skiktet utåt. Kapaciteten hos det element i vilket elektrolyten översvämmades är uppdelad i två partitioner och tjänar till separat lufttillförsel till varje katod. I klyftan genom vilken luften levererades till katoderna installerades en anod (1). Det är inte aktiverat med ingen elektrolytfyllning, men nedsänkning i elektrolyten. Elektrolyten förladdas och lagras i en paus mellan utsläpp i tanken (6), vilken är uppdelad i 6 icke-sammankopplade sektioner. Som tank är batteriet monoblock 6T-60TM.

1 - Anod, 4 - Katodisk kamera, 2 - Katod, 5 - Topppanel, 3 - Stroke, 6 - Elektrotank

Figur 3. - nedsänkt luft-aluminiumelement i modulpanelen

Med den här konstruktionen kan du snabbt demontera batteriet, ta bort modulen med elektroder och manipulera när du fyller och lossar elektrolyten, inte med batteriet, men med en kapacitet vars massa med en elektrolyt är 4,7 kg. Modulen kombinerar 6 elektrokemiska element. Elementen är fästa på modulens övre panel (5). Massan av modulen med en uppsättning anoder 2 kg. Seriell förening Modulerna erhölls från 12, 18 och 24 element. Nackdelarna med luft-aluminiumkällan inkluderar ganska hög internt motstånd, låg specifik effekt, spänningsinstabilitet under urladdnings- och spänningsfel när den är påslagen. Alla dessa nackdelar är jämnt när man använder en kombinerad strömkälla (WHP) som består av ett vägg och batteri.

Kombinerade källor till nuvarande

Utloppskurvan för den "fyllbara" källan av 6VIT50 (fig 4) vid laddning av ett förseglat blybatteri, 2 WG10 med en kapacitet av 10 A · H karakteriseras som strömförsörjning av andra belastningar, ett spänningsfel under de första sekunderna när lasten är ansluten. Inom 10-15 minuter ökar spänningen till arbetaren, som förblir konstant under hela urladdningen. Felets djup bestäms av tillståndet av aluminiumanodens yta och dess polarisation.

Figur 4. - Utloppskurva 6VIT50 vid laddning 2RSE10

Såsom är känt uppstår batteriladdningsprocessen endast när spänningen vid källan som ger energi är högre än på batteriet. Felet av den ursprungliga spänningen kommer att leda till att batteriet börjar utlämna det och därför startas inverse processer på elektroderna, vilket kan leda till passivering av anoder.

För att förhindra oönskade processer i en kedja mellan VIT och batteriet är en diod installerad. I detta fall används urladdningsspänningen vid laddning av batteriet bestäms inte bara av batterispänningen utan även spänningsfallet på dioden:

Du wate \u003d u acc + Δu diode (1)

Introduktion till en kedja av en diod leder till en ökning av spänningen både i VIT och på batteriet. Effekten av dioden i kretsen illustrerar fig. 5, som presenterar en förändring i skillnaden i spänningar och batteriet vid laddning av batteriet växelvis med en diod i kedjan och utan den.

Vid ladda batteriet i frånvaro av en diod tenderar spänningsskillnaden att minska, d.v.s. Reducera effektiviteten av arbetet, medan i närvaro av en diod skillnaden, och följaktligen tenderar effektiviteten hos processen att öka.

Figur 5. - Spänningsskillnad 6VAT125 och 2 SG10 vid laddning med en diod och utan den

Figur 6. - Ändra strömmen för urladdning 6vat125 och 300kk11 under konsumentströmförsörjningen

Figur 7. - Ändra satsens specifika energi (Vit-blybatteri) med en ökning av andelen toppbelastning

Meddelandet av kommunikation kännetecknas av energiförbrukning i variabelt läge, inklusive topp, laster. En sådan karaktär av konsumtionen modellerades av oss när konsumenten driver med en basbelastning på 0,75 A och topp 1,8 och från en val bestående av 6VIT125 och 3KNGK11. Naturen av förändringen i strömmarna av de genererade (konsumerade) komponenterna i valen presenteras i fig. 6.

Från figuren ses att i det grundläggande läget genererar strömmen nuvarande generation som är tillräcklig för att driva basbelastningen och batteriladdningen. I fallet med toppbelastning säkerställs konsumtionen av en ström som genereras av och batteriet.

Vi tillbringade teoretisk analys visade att den specifika energin i valet är en kompromiss mellan vitens och batteriets specifika energi och ökar med en minskning av andelen toppenergi (fig 7). Den specifika kraften i valen är högre än den specifika effekten och ökar med ökande andelen toppbelastning.

Slutsatser

Nya nuvarande källor baserade på det elektrokemiska systemet "luft-aluminium" med en lösning av bordsaltet som en elektrolyt, energitintensiteten av ca 250 A · H och med en specifik energi på mer än 300 W · H / kg.

Avgiften för de utvecklade källorna utförs inom några minuter genom mekanisk ersättning av elektrolyt och / eller anod. Källa självladdning är försumbar och därför kan de lagras i 15 år före aktivering. Utvecklade källor, kännetecknade av aktiveringsmetoden.

Arbetet med luft-aluminiumkällor under laddning av batteriet och i den kombinerade källan undersöks. Det visas att den specifika energin och den specifika effekten av WHC är kompromissvärden och beror på andelen toppbelastning.

Vit och valbaserad på dem är absolut autonoma och kan användas för strömförsörjning, inte bara kommunikationsmedel, utan även näring av olika hushållsutrustning: elektromashrar, lampor, kylskåp, etc. Absolut självständighet för källan tillåter dig att Använd det i fältförhållanden i regioner som inte har centraliserad strömförsörjning, på katastrof och naturkatastrofer.

BIBLIOGRAFI

1. RF-patent nr 2118014. Metallluftselement. / Dyachkov E.V., Klemenov B.V., Korovin N.V., // mpk 6 h 01 m 12/06. 2/38. Prog. 06/17/97 publ. 20.08.98
2. Korovin N.V., Kleimenov B.V., Voligova I.A. & Voligov i.a.// abstr. Andra symp. På nytt mater. För bränslecell och moderna batterisystem. 6-10 juli. 1997. Montreal. Kanada. V 97-7.
3. Korovin N.V., Klemenov B.V. Mei Bulletin (i tryck).

Arbetet genomfördes inom ramen för programmet "Vetenskaplig forskning av högre skola om prioriterade vetenskap och teknik"

Fläktar av elbilar har länge drömt om batterier som gör det möjligt för sina fyrhjuliga vänner att övervinna mer än en och en halv tusen kilometer på en avgift. Förvaltningen av den israeliska startfunktionen anser att det aluminium-luftbatteri som utvecklats av specialisterna kommer att klara av denna uppgift.

VD Phinergy, Aviv Sidon, den andra dagen tillkännagav början av partnerskap med en stor automaker. Det förväntas att ytterligare finansiering tillåter företaget att etablera massproduktion Revolutionerande batterier för 2017.

På videon ( i slutet av artikeln) Reportern av Bloomberg News Agency, Elliot Gotkin, reser runt hjulet i små tåg, som omvandlades till ett elfordon. Samtidigt, i bagaget i den här bilen, installerades PHERERGY-aluminiumbatteriet.

Citroen C1-elbil med ett litiumjonbatteri kan inte passera mer än 160 km på en avgift, men aluminium-luftbatteriet Pherty kan han övervinna ytterligare 1600 kilometer.

Videon visar att ingenjörer fyller speciella tankar inuti demonstrationsfordonet med destillerat vatten. Prognos inbyggd dator Auto-löperiet visas på displayen. mobiltelefon Generaldirektör Pherty.

Vatten tjänar som grund för elektrolyt genom vilken joner passerar genom att markera energin. Elektricitet drivs av bil elmotorer. Enligt entreprenörens ingenjörer måste tillförseln av vatten i tankarna på demonstrationbilen fyllas på "några hundra kilometer".

Aluminiumplattor används som anod i aluminium-luftbatterier, och den yttre luften sticker ut katoden. Aluminiumkomponenten i systemet förstör långsamt, eftersom metallmolekyler är anslutna till syre och utsöndras energi.

Mer exakt: Fyra aluminiumatomer, tre syremolekyler och sex vattenmolekyler kombineras för att skapa fyra hydrerade aluminiumoxidmolekyler med energifrist.

Historiskt användes aluminium-luftbatterierna endast för arméens behov. Behovet av att periodiskt avlägsna aluminiumoxid och ersätta aluminiumanodplattor.

Phinergyrepresentanter säger att det patenterade katodmaterialet tillåter syre från den yttre luften att fritt komma in i battericellen, medan detta material inte tillåter koldioxid, som också finns i luften, förorena batteriet. Det är i de flesta fall som förhindrade normal drift av aluminium-luftbatterier under en lång period. Åtminstone hittills.

Företagets specialister utvecklas också som kan laddas av el. I det här fallet Metallelektroder förstörs inte så snabbt som i fallet med aluminium-luftanaloger.

Sidon säger att energin på en aluminiumplatta hjälper elbilet att övervinna ca 32 kilometer (det här gör det möjligt för oss att anta att den specifika elproduktionen på plattan är ca 7 kW * h). Så i demo-maskinen installerad 50 sådana plattor.

Hela batteriet, som toppledaren noterar, väger bara 25 kg. Det följer av detta att dess energitäthet är mer än 100 gånger högre än den som är vanliga litium-ion batterier Modernt prov.

Det är troligt att i fallet med en seriell modell av ett elfordon kan batteriet vara betydligt allvarligare. Det kommer att ske batteriets utrustning med ett termiskt luftkonditioneringssystem och ett skyddande hölje, som i prototypen inte observerades (dömande av rullen).

I vilket fall som helst, utseendet på ett batteri med en densitet av energi, som är en storleksordning som är högre än den för modern litium-ion batterierKommer att vara en utmärkt nyheter för automakers som har satsat på elektriska maskiner - eftersom det i huvudsak eliminerar eventuella problem som orsakas av ett begränsat avstånd från moderna elektrocarber.

Vi har en mycket intressant prototyp framför oss, men många frågor är obesvarade. Hur drivs aluminium-luftbatterier i seriella elbilar? Hur svårt kommer proceduren att ersätta aluminiumplattor? Hur ofta kommer de att ändra dem? (efter 1500 km efter 5000 km? Eller mindre ofta?).

Tillgänglig i detta skede marknadsföringsmaterial Det beskrivs inte vad som kommer att vara det totala koldioxidbatterierna (sedan produktion av råvaror innan du installerar batteriet i bilen) jämfört med moderna litiumjonanaloger.

Detta ögonblick förtjänar förmodligen en detaljerad studie. OCH forskningsarbete måste vara klar före starten av massimplementeringen ny teknologiEftersom utvinningen och bearbetningen av aluminiummalmer och skapandet av en lämplig metall är en mycket energiintensiv process.

Ändå är ett annat evenemangsscenario inte uteslutet. Ytterligare metallbatterier kan läggas till litiumjon, men de kommer endast att användas vid långdistansresor. Det här alternativet kan vara ganska attraktivt för tillverkare av elfordon, även om batterierna för nya typ kommer att ha ett högre koldioxidavtryck.

Baserat på

Kandidat av tekniska vetenskap E. Kulakov, kandidat av tekniska vetenskaper S. Sevrook, kandidat av kemiska vetenskaper A. PharmaKovskaya.

Energiinstallation på luft-aluminiumelement är endast en del av bilstammen och ger en rad sin körning till 220 kilometer.

Principen om drift av luft-aluminiumelementet.

Kraftverkets funktion på luft-aluminiumelement styrs av en mikroposessor.

Ett litet luft-aluminiumelement på saltelektrolyten kan ersätta fyra batterier.

Vetenskap och liv // illustration

Energiinstallation EU 92V-240 på luft-alliyminia-element.

Människan kommer uppenbarligen inte att ge upp bilar. Lite av: parkering Landen kan snart öka med ungefär dubbelt så bra - främst på grund av massmotoriseringen av Kina.

Under tiden avger bilarna på vägarna tusentals ton kolmonoxid i atmosfären - vars mycket närvaro i luften, det större tio procenten, för en person är dödligt. Och förutom kolmonoxid är många massor av kväveoxider och andra gifter, allergener och cancerframkallande ämnen ofullständiga förbränningsprodukter av bensin.

Över hela världen har länge sökt efter alternativ till bilen med motorn förbränning. Och den mest riktiga som anses vara ett elfordon (se "Vetenskap och liv" nr 8, 9, 1978). Världens första elfordon skapades i Frankrike och i England i början av 80-talets 80-århundrade, det vill säga några år tidigare än bilar med förbränningsmotorer (DVS). Och det verkade till exempel 1899 i Ryssland, det första självflyttande besättningen var elektrisk.

Traction elmotorn i sådana elektriska bilar fick måltider från orimligt tunga batterier av blybatterier med energiintensiteten på endast ca 20 watt-timmar (17,2 kilokalorien) per kilo. Så för att "mata" motorn med en kapacitet på 20 kilowatt (27 hästkraft) åtminstone en timme som krävs blybatteri Väger 1 ton. Mängden bensin upptar ekvivalenten av det på lagringsenergin, tar en gastank med en kapacitet på endast 15 liter. Det är därför endast i enlighet med FCS: s uppfinning, började produktionen av bilar växa snabbt, och elbilar ansågs vara en dödsgren av bilindustrin till årtionden. Och bara de ekologiska problem som uppstår före mänskligheten gjorde designarna tillbaka till tanken på ett elfordon.

I sig är utbytet av motorns elektriska motorn naturligtvis frestelsen: vid samma kraft av elens el och vikten av det är lättare, och i kontrollen är det lättare att kontrollera. Men även nu, efter mer än 100 år efter det första utseendet bilbatterier, energiintensitet (dvs lagrad energi), även de allra bästa av dem överstiger inte 50 watt-timmar (43 kilokalorien) per kilo. Och därför är hundratals kilo batterier den vikt som motsvarar gastanken.

Om du överväger behovet av en batteriladdning med flera timmar, laddar ett begränsat antal cykler-laddning och, som ett resultat, en relativt kort livslängd, såväl som problem med förvaring av serverade batterier, måste du känna igen det Batteriets elbil är olämplig för masstransport.

Det har dock kommit i det ögonblick som den elektriska motorn kan ta emot energi och från en annan typ av kemiska källor till nuvarande - galvaniska element. Den mest kända av dem (så kallade batterier) fungerar i bärbara mottagare och röstinspelare, i timmar och ficklykta. Grunden för ett sådant batteri, såväl som någon annan kemisk källa av ström, är en eller annan redoxreaktion. Och det är, som är känt från kemiskolan, åtföljs av överföringen av elektroner från atomer av ett ämne (reduktionsmedel) till atomerna av en annan (oxidant). Sådan överföring av elektroner kan utföras genom en extern kedja, exempelvis genom en glödlampa, ett chip eller en motor, och därigenom göra elektroner arbete.

För detta ändamål utförs redoxreaktionen i två mottagningar - de delar upp det, så att tala, i två semi-resurser som strömmar samtidigt, men på olika ställen. På anoden ger reduktionsmedlet sina elektroner, det vill säga det oxideras och vid katoden tar oxidanten dessa elektroner, det vill säga återställt. Elektronerna själva, som strömmar från katoden till anoden genom ytterkedjan, gör bara ett användbart arbete. Denna process är givetvis oändlig, eftersom oxidationsmedlet och reduktionsmedlet gradvis spenderas genom att bilda nya ämnen. Och som ett resultat måste den nuvarande källan kastas bort. Det är dock möjligt att kontinuerligt eller från tid till annan för att härleda reaktionsprodukterna från källan, och i stället för de nya och nya reagenserna i den. I det här fallet utförs de roll som bränsle, och exakt eftersom sådana element kallas bränsle (se "Vetenskap och liv" nr 9, 1990).

Effektiviteten av en sådan strömkälla bestäms huvudsakligen såväl som reagenserna själva och deras eget läge är valt. Med valet av oxidationsmedlet finns inga speciella problem, eftersom luften runt oss består av mer än 20% av det utmärkta oxidationspriset. När det gäller reduktionsmedlet (det vill säga bränsle), är det mer komplicerat med honom: det måste bära det med honom. Och när den är vald, är det först och främst nödvändigt att gå vidare från den så kallade massenergidindikatorn - den användbara energin som tilldelas under oxidationen av massenheten.

De bästa egenskaperna i detta avseende är väte, följt av vissa alkaliska och jordalkalimetaller och sedan aluminium. Men det gasformiga väte är eld och explosivt, och under högt tryck kan läcka genom metaller. Det är möjligt att luncha det bara vid mycket låga temperaturer, men för att lagra är ganska svårt. Alkaliska och jordalkalimetaller är också brand och dessutom oxideras de snabbt i luft och löses i vatten.

Aluminium har ingen av dessa nackdelar. Alltid täckt med en tät film av oxid, är det nästan ingen oxiderat i luften med all sin kemiska aktivitet. Aluminium är relativt billigt och giftfritt, dess lagring skapar inte några problem. Det är ganska lösligt och uppgiften att introducera den nuvarande källan är helt lösbar: anodiska plattor är gjorda av metallbränsle, vilket regelbundet - som de är upplösta.

Och slutligen elektrolyten. Det kan vara vilken vattenhaltig lösning som helst i detta element: syra, alkalisk eller saltlösning, eftersom aluminium reagerar med syror och med alkalier och när oxidfilmen är störd löses den i vatten. Men det är föredraget att använda en alkalisk elektrolyt: det är enklare för den andra halvreaktionen - reduktionen av syre. I det sura mediet återställs det också, men endast i närvaro av en dyr platinakatalysator. I den alkaliska miljön kan du göra en mycket billigare katalysator - kobolt eller nickeloxid eller aktivt kol, som matas in direkt i den porösa katoden. När det gäller saltelektrolyten har den mindre elektrisk ledningsförmåga, och den aktuella källan baserad på den är ungefär 1,5 gånger mindre energiintensitet. Därför är det i kraftfulla bilbatterier lämpligt att applicera alkalisk elektrolyt.

Han har emellertid också brister, vars huvudsakliga är korrosion av anoden. Det går parallellt med den huvudsakliga toxuella reaktionen och löser upp aluminium, omvandlar den till natriumaluminat med samtidig frisättning av väte. TRUE, med liten materiell hastighet, är denna sidreaktion endast i avsaknad av extern belastning, det är just därför att luft-aluminiumströmkällor inte - till skillnad från batterier och batterier - under lång tid laddas i vänteläge. Alkalisk lösning faller i detta fall ut ur dem. Men på den normala strömmen av belastningen är sidreaktionen nästan omärkbar och koefficient användbar användning Aluminium når 98%. Den alkaliska elektrolyten av avfallet blir inte: Att filma den Aluminiumhydroxidkristallerna, denna elektrolyt kan hällas i elementet igen.

Det finns vid användning av alkalikelektrolyt i en luft-aluminiumströmkälla och en annan nackdel: ganska mycket vatten förbrukas under sin verksamhet. Detta ökar koncentrationen av alkali i elektrolyten och kan gradvis förändra elementets elektriska egenskaper. Det finns emellertid ett sådant intervall av koncentrationer där dessa egenskaper är praktiskt taget inte förändrade, och om det är i det som är tillräckligt, är det tillräckligt att lägga till vatten till elektrolyt från tid till annan. Avfall i det vanliga ordet för ordet när man använder en luft-aluminiumströmkälla är inte formad. När allt kommer omkring är aluminiumhydroxidhydroxiden erhållen genom sönderdelning helt enkelt vit lera, det vill säga produkten är inte bara helt ren miljövänlig, men också mycket värdefull som råvaror för många branscher.

Det är av det att till exempel, vanligtvis produceras av aluminium, först uppvärmning för att erhålla aluminiumoxid och sedan exponera smältan av denna aluminiumoxidelektrolys. Därför är det möjligt att organisera en sluten resursbesparingscykel av drift av luft-aluminiumströmkällor.

Men aluminiumhydroxid har både oberoende kommersiellt värde: det är nödvändigt vid produktion av plast och kablar, lacker, färger, glasögon, koaguleringsmedel för vatten, papper, syntetiska mattor och linoleums. Den används i den radiotekniska och farmaceutiska industrin, vid framställning av alla typer av adsorbenter och katalysatorer, vid tillverkning av kosmetika och jämn smycken. Trots allt, mycket många artificiella ädelstenar - rubiner, safirer, alexandriter utförs på basis av aluminiumoxid (korund) med mindre kromföroreningar, respektive titan eller beryllium.

Kostnaden för "avfall" av luft-aluminiumkällan är helt i proportion till kostnaden för utgångsaluminium, och massan av dem är tre gånger massan av det ursprungliga aluminiumet.

Varför, trots alla listade fördelar med syre-aluminiumströmkällor, är de så långa - fram till slutet av 70-talet - var inte seriöst utformade? Bara för att de inte hävdades av teknik. Och endast med den snabba utvecklingen av sådana energiintensiva autonoma konsumenter som luftfart och kosmonautik, militär utrustning och jordtransport, Situationen har förändrats.

Utvecklingen av optimala anodkompositioner - en elektrolyt med hög energiegenskaper vid låga korrosionshastigheter började, billiga luftkatoner med maximal elektrokemisk aktivitet och ett stort livslängd valdes, optimala lägen beräknades för långvarigOch för en kort tid.

Systemen för energianläggningar som innehåller, förutom faktiskt källor till nuvarande och ett antal hjälpsystem - lufttillförsel, vatten, cirkulation av elektrolyt och rengöring, termostat etc. var och en av dem är ganska komplex och för den normala funktionerna av kraftverk I allmänhet krävdes ett mikroprocessorstyrsystem, vilket sätter arbetsalgoritmerna och interagerar alla andra system. Ett exempel på att bygga en av de moderna luft-aluminiuminstallationerna visas i figur (s. 63.): Det betecknas med tjocka vätskor (rörledningar) och tunna informativa relationer (signaler av sensorer och kontrollkommandon.

Under de senaste åren skapades Moscow State Aviation Institute (Technical University Tom) - Mai tillsammans med det vetenskapliga och produktionskomplexet av de nuvarande källorna "alternativ energi" - det "Alten" ett helt funktionellt sortiment av energianläggningar baserade på luft-aluminium element. Inklusive - experimentell inställning 92V-240 för elfordon. Dess energiintensitet och, som ett resultat, den elektriska bilens körsträcka utan laddning visade sig vara flera gånger högre än vid användning av batterier - både traditionellt (nickelkadmium) och nyutvecklad (svavelsatrium). Några specifika egenskaper hos det elektriska fordonet på denna kraftverk visas på den intilliggande färgfliken i jämförelse med bilens egenskaper och det elektriska fordonet på batterierna. Jämförelse Detta kräver emellertid förklaring. Faktum är att endast bränslemassan (bensin) beaktas för bilen och för både elbilar - massan av nuvarande källor som helhet. I detta avseende bör det noteras att den elektriska motorn har betydligt mindre vikt än bensin, kräver inte överföring och sparar energi flera gånger. Om du anser allt detta visar det sig att den aktuella vinnningen av den nuvarande bilen blir 2-3 gånger mindre, men fortfarande ganska stor.

Det finns 92VA-240 installation och andra - rent operativa - fördelar. Uppladdning av luft-aluminiumbatterierna kräver inte ett eluttag, men kommer ner till mekanisk ersättning Avgas aluminiumanoder är nya, som tar inte mer än 15 minuter. Det är ännu lättare och snabbare att det finns en ersättning av elektrolyt för att avlägsna aluminiumhydroxidfällning från den. På "fyllning" -stationen utsätts avgaselektrolyten för regenerering och används för att re-tanka elektrisk lei och aluminiumhydroxid separerad från den riktas till återvinning.

Förutom den elektromotoriska kraftverket på luft-aluminiumelement har samma specialister skapat ett antal små kraftverk (se "Vetenskap och liv" nr 3, 1997). Var och en av dessa installationer kan värmas in mekaniskt åtminstone 100 gånger, och numret bestäms huvudsakligen av resursen hos den porösa luftkatoden. Och hållbarheten för dessa inställningar i ett felaktigt tillstånd är inte alls begränsat, eftersom det inte finns någon förlust av kapacitet under lagring - det finns inget självdiskord.

I små luft-aluminiumkällor kan strömmen användas för att framställa en elektrolyt, inte bara alkali, utan också det vanliga bordsaltet: processerna i båda elektrolerna strömmar på samma sätt. Det är sant att energisintensiteten hos saltkällor är 1,5 gånger mindre än alkalisk, men användaren de orsakar mycket mindre krångel. Elektrolyten i dem är helt säker, och du kan till och med lita på barnet med det.

Luft-aluminiumkällor för strömförsörjning av hushållsapparater med låg effekt produceras redan, och priset är ganska tillgängligt. När det gäller automotive-installationen av 92VA-240 finns det fortfarande endast i erfarna parter. Ett experimentellt prov med en nominell effekt på 6 kW (vid en spänning på 110 V) och en kapacitet på 240 ampere-timmar kostar cirka 120 tusen rubel 1998-priser. Enligt preliminära beräkningar kommer denna kostnad efter att ha blivit av massproduktion att minska minst 90 tusen rubel, vilket gör det möjligt att producera ett elfordon med ett pris som inte är mycket mer än en bil med en förbränningsmotor. När det gäller kostnaden för det elektriska fordonets funktion är det nu ganska jämförbart med kostnaden för att driva bilen.

Ärendet är fortfarande för små - att producera en djupare bedömning och utökade tester, och sedan med positiva resultat för att starta testdrift.

Det franska företaget Renault erbjuder att använda aluminium-luftbatterier från Phinergy i framtida elbilar. Låt oss ta en titt på deras utsikter.

Renault bestämde sig för att satsa på en ny typ av batteri, vilket kan tillåta att öka sortimentet från en laddning sju gånger. När du bevarar dimensionerna och vikten av dagens batterier. Aluminium-luft (AL-AIR) -element har en fenomenal energitäthet (8000 W / kg, mot 1000 W / kg i traditionella batterier), vilket ger den när aluminiumoxidationsreaktionen i luften. Detta batteri innehåller en positiv katod och en negativ anod gjord av aluminium, och mellan elektroderna innehåller en vattenbaserad flytande elektrolyt.

Bolagets batteriutvecklare Phinergy uppgav att det har nått stora framsteg i utvecklingen av sådana batterier. Deras förslag är att använda en katalysator av silver, vilket gör att du effektivt kan använda syre som finns i konventionell luft. Detta syre blandas med en flytande elektrolyt och frigör sålunda den elektriska energin, som finns i aluminiumanoden. Huvud Nuance är luftkatod", Som fungerar som ett membran i din vinterjacka - passerar bara O2, och inte koldioxid.

Vad är skillnaden från traditionella batterier? I de sista helt slutna cellerna, medan AL-AIR-element behöver ett externt element, "utlösande" -reaktion. En viktig fördel är det faktum att AL-AIR-batteriet fungerar som en dieselgenerator - det ger endast energi när du slår på den. Och när du "blockerade luften" Ett sådant batteri, förblir all laddning på plats och försvinner inte över tiden, som konventionella batterier.

Under driften av AL-AIR-batteriet används en aluminiumelektrod, men den kan bytas ut som en patron i skrivaren. Laddning ska göras varje 400 km, det kommer att vara att fylla på den nya elektrolyten, vilket är mycket lättare än att vänta tills det vanliga batteriet är laddat.

Företaget Phertiongy har redan skapat en elektrisk Citroen C1, som är utrustad med ett 25 kg batteri med en kapacitet på 100 kWh. Det ger en stroke på 960 km. Med en kapacitet på 50 kW (ca 67 hästkrafter) utvecklar maskinen en hastighet på 130 km / h, accelererar till hundratals på 14 sekunder. Ett liknande batteri testas också på Renault Zoe, men dess kapacitet är 22 kWh, den maximala hastigheten på bilen är 135 km / h, 13,5 sekunder till "hundratals", men bara 210 km av strokeens tur.

Nya batterier är enklare, två gånger billigare än litiumjoniska och i perspektiv är lättare att fungera, snarare än modern. Och hittills är deras enda problem en aluminiumelektrod, som består av produktion och ersättning. Så snart det här problemet bestämmer - kan du säkert förvänta dig ännu större vågor av elfordonens popularitet!

• , Jan 20, 2015

Batterier är enheter som transkriberar kemisk energi till elektrisk energi. De har 2 elektroder, det finns en kemisk reaktion mellan dem, vilka elektroner används eller produceras. Elektroder är förbundna med en lösning med en lösning som kallas en elektrolyt, varigenom joner kan röra sig genom att utföra en elektrisk krets. Elektroner bildas på anoden och kan passera genom ytterkedjan på katoden, det här är rörelsen av elektriska elektroner som kan användas för att utföra de enkla enheterna.
I vårat fall batteri Den kan formas med två reaktioner: (1) reaktioner med aluminium, som genererar elektroner per en elektrod, och (2) Syrreaktioner, som använder elektroner på en annan elektrod. För att hjälpa elektroner i batteriet, få tillgång till syre i luften, kan du göra ett andra elektrodmaterial som kan utföra el, men är inte aktiv, till exempel kol, som huvudsakligen består av kol. Aktivt kol är mycket poröst och det leder ibland till en stor yta, som levereras till atmosfären. Ett gram aktiverat kol kan vara mer kvadrat än ett helt fotbollsplan.
I den här erfarenheten kan du bygga batterisom använder dessa två reaktioner och det mest fantastiska som dessa batterier kan mata en liten motor eller glödlampa. För att göra detta behöver du: aluminiumfolie, sax, aktivt kol, metallskedar, pappershanddukar, salt, liten kopp, vatten, 2 elektriska ledningar med klämmor i ändarna och en liten elektrisk anordning, såsom en motor eller LED. Skär bit av aluminiumfolie storlek, som kommer att vara ungefär 15x15cm., Förbered en mättad lösning, en blandning av salt i en liten kopp med vatten tills saltet inte längre kommer att lösa upp, vika pappershandduken till en fjärdedel och mata den med saltlösning. Sätt den här handduken på folien, tillsätt en sked av aktivt kol till toppen av en pappershandduk, häll saltlösningen på kol för att fukta den. Var noga med att kolet är vått överallt. För att inte röra vattnet direkt måste du smälta 3 lager som i smörgåsen. Förbered dina elektriska apparater för användning, ena änden av den elektriska ledningen är fäst vid nedladdningen, och den andra änden av tråden är ansluten till aluminiumfolien. Tätt tryck på den andra ledningen till en hög med kol och se vad som händer om batteriet fungerar bra, det är troligt att du behöver ett annat objekt för att slå på enheten. Försök att öka kontaktområdet mellan din tråd och kol, vikning av batteriet och klämma. Om du använder motorn kan du också hjälpa honom att börja kyla axeln med fingrarna.
Det första moderna elektriska batteriet gjordes av ett antal elektrokemiska celler och kallas en voltpelare. Upprepa det första och tredje steget för att bygga ytterligare ett aluminiumluftselementAnslutning 2 eller 3 luft-aluminiumelement Du får ett kraftfullare batteri med varandra. Använd multimetern för att mäta spänningen och strömmen som erhålls från batteriet.
Så här ändrar du batteriet så att det blir mer spänning eller större ström - Beräkna utgångseffekten från batteriet med hjälp av spänningen och strömmen. Försök ansluta andra enheter till ditt batteri.